Je vous emmène comprendre pourquoi la céramique est devenue un nouveau matériau pare-balles
On a souvent l'impression que la céramique est fragile. Une simple chute suffit à briser une porcelaine ancienne d'une valeur inestimable. Mais saviez-vous que grâce à la technologie moderne, la céramique s'est transformée et, grâce à ses propriétés physiques, peut même servir de matériau pare-balles, ce qui lui vaut la réputation d'une référence montante dans le domaine du pare-balles ?
Imaginez : sur le champ de bataille, une minuscule balle peut infliger des blessures mortelles à un soldat, tandis qu'une céramique fragile peut arrêter une balle filant à grande vitesse. D'où vient sa puissance ? Découvrons ensemble le monde de la céramique pare-balles.
☛ Combinaison composite de haute dureté
La céramique pare-balles fait partie de la famille des matériaux inorganiques non métalliques. À proprement parler, il ne s'agit pas du même type de matériau que la porcelaine utilisée au quotidien. En tant que céramique spéciale, contrairement aux ustensiles en céramique fabriqués en façonnant des ébauches d'argile locale puis en les cuisant, la céramique pare-balles nécessite une série de procédés complexes pour sa préparation, incluant la préparation de la poudre, le moulage, le frittage à haute température, etc. Elle est le fruit du développement rapide de technologies modernes telles que la chimie, la métallurgie et la science des matériaux.
La capacité d'arrêt des balles par les céramiques pare-balles s'explique par leur dureté et leur résistance exceptionnelles. Lorsqu'une balle heurte une céramique à haute résistance et dureté, elle se brise et provoque la rupture de la céramique. Ce processus consomme la majeure partie de l'énergie de la balle et forme un cône de dégâts en forme de pyramide inversée au point d'impact. Il s'agit également de la morphologie typique des dégâts subis par la céramique après un impact par balle.
Pour améliorer la résistance de la céramique aux impacts multiples, des tissus en fibres haute résistance sont souvent appliqués sur le panneau céramique afin d'empêcher la propagation des fissures causées par les impacts de balles. L'association de céramiques dures et résistantes avec un support rigide constitue la structure de base des blindages composites céramiques modernes.
☛ Baptisé par la guerre, un bouclier de vie
Dans les années 1960, les hélicoptères militaires américains et leurs équipages dans la jungle vietnamienne étaient souvent attaqués et blessés par des armes légères terrestres. Afin de réduire les dommages matériels et les pertes humaines au combat, une entreprise aérospatiale américaine a développé en 1962 le premier blindage composite doté d'une face avant en céramique dure. Elle collait des blocs de céramique d'alumine sur une plaque arrière en aluminium robuste d'environ 6 millimètres d'épaisseur pour résister aux tirs de balles perforantes de 7,62 millimètres. C'est à cette époque que l'armée américaine a été pionnière dans l'application militaire à grande échelle des céramiques pare-balles.
Pour améliorer les capacités de protection, les scientifiques ont eu l'idée de transformer des céramiques pare-balles en plaques d'insertion destinées aux gilets pare-balles souples, à l'instar des miroirs protecteurs de cœur des armures anciennes. Cette méthode permet d'améliorer considérablement la protection des zones centrales du corps humain tout en tenant compte de la mobilité du porteur. Initialement, de petites pièces de céramique étaient assemblées pour former les plaques d'insertion. Avec les progrès technologiques, l'utilisation de pièces entières de céramique est devenue de plus en plus courante afin d'éliminer les points faibles causés par les interstices entre les pièces. Certaines sont même incurvées pour épouser la forme du corps humain. C'est également le style de base des plaques d'insertion pare-balles actuelles. Aujourd'hui, la technologie de fabrication des céramiques pare-balles a gagné en maturité, devenant un véritable bouclier de vie pour la protection des soldats.
☛ La technologie donne du pouvoir et de nouvelles mises à niveau sont réalisées
Après des décennies de développement, de nombreux types de céramiques pare-balles sont aujourd'hui largement utilisés, notamment l'oxyde d'aluminium, le carbure de silicium, le carbure de bore, le nitrure de silicium et le borure de titane. Parmi elles, les plus courantes sont les céramiques à base d'oxyde d'aluminium, de carbure de silicium et de carbure de bore. Avec la modernisation des systèmes d'armes, les céramiques monophasées traditionnelles ne répondent plus aux besoins militaires actuels, d'autant plus que les exigences en matière d'équipements pare-balles sont de plus en plus élevées. Par conséquent, les céramiques pare-balles ont commencé à évoluer vers la diversification, la composition et la fonctionnalisation.
Céramiques fonctionnelles. Grâce à la conception de microcomposants, les performances des céramiques évoluent régulièrement et continuellement. Par exemple, dans les systèmes composites métal/céramique tels que le borure de titane et le titane métallique, ainsi que l'oxyde d'aluminium, le carbure de silicium, le carbure de bore et le nitrure de silicium et l'aluminium métallique, une modification structurelle se produit dans le sens de l'épaisseur, assurant la transition de la céramique pare-balles d'une dureté élevée sur la face avant à une ténacité élevée sur la face arrière. Ainsi, elle peut non seulement répondre aux exigences de résistance aux balles des blindages, mais aussi améliorer sa capacité à résister à de multiples impacts de balles, offrant ainsi un avantage significatif en matière de protection contre les projectiles perforants de petit et moyen calibre.
Céramiques composites nanostructurées. À partir de céramiques monophasées, des particules dispersées submicroniques ou nanométriques sont ajoutées pour former des céramiques composites. Par exemple, les alliages carbure de silicium-nitrure de silicium-alumine, carbure de bore-carbure de silicium, etc., peuvent améliorer la dureté, la ténacité et la résistance des céramiques dans une certaine plage. Des études internationales explorent actuellement des procédés de frittage liant des poudres nanométriques, permettant de réduire la taille des grains de céramique à plusieurs dizaines de nanomètres, améliorant ainsi la dureté et la résistance du matériau. Il s'agit d'un axe de développement majeur pour les blindages céramiques avancés de demain.
Céramiques transparentes. Composées d'oxyde d'aluminium monocristallin (saphir), d'oxynitrure d'aluminium et de spinelle d'aluminate de magnésium, les céramiques transparentes présentent une résistance et une dureté élevées, ainsi que d'excellentes propriétés optiques. Elles peuvent ainsi remplacer le verre pare-balles et sont utilisées dans des équipements militaires tels que les masques pare-balles individuels, les hublots de détection de missiles, les hublots d'observation de véhicules et les périscopes de sous-marins. Grâce à leur capacité à fabriquer des composants transparents de grandes dimensions et de formes complexes à faible coût, ces céramiques ont été citées par de nombreuses puissances militaires comme l'un des principaux matériaux transparents photofonctionnels à développer au XXIe siècle.
De nos jours, la céramique est extrêmement utilisée, tant dans le domaine militaire que civil. On peut prédire que l'histoire ancienne des lances et des boucliers continuera de donner lieu à de formidables affrontements entre de puissants adversaires sur les champs de bataille du futur.